Aaltooptiikka

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25.5.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Aaltooptiikka on fysikaalisen optiikan  haara , jossa tutkitaan interferenssiä , diffraktiota , polarisaatiota ja muita ilmiöitä, joiden ymmärtämiseksi on välttämätöntä ja riittävää ymmärtää valon aaltoluonne. Aaltooptiikka ei sisällä geometrista optiikkaa (ja vastaavasti fotometriaa ja suurinta osaa optisten laitteiden teoriasta), jossa aaltoesitystä ei vaadita ja valon kuvaus säteiden muodossa riittää. Aaltooptiikka ei myöskään sisällä sellaisten ilmiöiden optiikkaa, joita aaltoteoria ei pysty selittämään (esimerkiksi viiva- ja raitaspektrit, lämpösäteily , valosähköefekti , luminesenssi , laserit, kvanttikohina ja muut).

Historia

1600-luvun jälkipuoliskolla Christian Huygens vahvisti valon etenemisen aaltoluonteen. T. Youngin, O. Fresnelin, D. Aragon ja muiden tutkimusten ansiosta aaltooptiikka on saanut merkittävää kehitystä. Heidän kokeensa mahdollistivat valon interferenssin, diffraktion ja polarisaation selityksen [ 1 ] .


Aallon ja fyysisen optiikan välinen suhde

Englanninkielisessä terminologiassa historiallisista syistä "aaltooptiikka" ja "fyysinen optiikka" ovat synonyymejä. Aiemmin tämä säännös tunkeutui myös venäjänkieliseen terminologiaan:

Ennen valon kvanttiteorian tuloa (1905) oli erotettava kaksi menetelmää optisten ilmiöiden tarkastelussa. Ensimmäistä menetelmää käytti niin sanottu geometrinen optiikka, toista - aaltooptiikka, jota ennen vanhaan kutsuttiin vielä jostain syystä fysikaaliseksi optiikkaksi. [2]

Nykyaikaisessa venäjänkielisessä standardinmukaisessa fyysisessä terminologiassa aaltooptiikkaa ja fyysistä optiikkaa ei tunnisteta:

WAVE OPTICS, fysiikan osa. optiikka, joka tutkii tällaisten ilmiöiden kokonaisuutta, joissa aaltoja esiintyy. maailman luonne. [3]

Tällaisissa oppikirjoissa, kuten Ditchburnin "Fyysinen optiikka", Akhmanovin ja Nikitinin "Fyysinen optiikka", Shandarovin "Fysical Optics" -periaatteet, tarkastellaan sekä aaltooptiikkaa että ilmiöitä, jotka eivät sisälly siihen (esimerkiksi kvanttiilmiöt).

Aaltooptiikan likiarvot

Aaltooptiikka on vain likiarvo verrattuna tarkempaan kvanttielektrodynamiikkaan . Sana "physical" aaltooptiikan englanninkielisessä nimessä tarkoittaa, että se on enemmän fyysistä kuin geometrinen tai sädeoptiikka , eikä sitä, että se olisi tarkka fysikaalinen teoria. [4] :11–13

Aaltooptiikka perustuu klassisiin sähkömagneettisiin yhtälöihin - Maxwellin yhtälöihin . Aaltooptiikan puitteissa on olemassa vieläkin yksinkertaistettuja approksimaatioita, esimerkiksi Huygens -Fresnel-periaatteeseen perustuva approksimaatio. Tässä yhteydessä se on aaltovaikutukset huomioimatta jättävän geometrisen optiikan ja tarkemman sähkömagneettisen teorian välinen likiarvo.

Tämä approksimaatio koostuu sädeoptiikan käyttämisestä pinnan kentän estimoimiseksi ja tämän kentän integroimisesta pinnan yli lähetetyn tai hajakentän laskemiseksi. Tämä muistuttaa Bornin approksimaatiota , jossa ongelman yksityiskohtia käsitellään häiriönä . Optiikassa tämä on tavallinen tapa arvioida diffraktiovaikutuksia. Radiofysiikassa tätä approksimaatiota käytetään samanlaisten optisten vaikutusten arvioimiseen. Tämä approksimaatio mallintaa useita häiriö-, diffraktio- ja polarisaatiovaikutuksia, mutta ei diffraktion riippuvuutta polarisaatiosta. Koska tämä on suurtaajuinen approksimaatio, se kuvaa optiikkaa tarkemmin kuin radiofysiikkaa.

Aaltooptiikan ongelma koostuu yleensä geometrisestä optiikasta johdetun kentän integroimisesta koko linssin, peilin tai aukon alueelle laskemaan läpäisevää tai sirontavaloa.

Tutkasironnassa tämä tarkoittaa yleensä sen likimääräisen virran löytämistä , joka havaittaisiin tangentiaalisella tasolla sirontapinnan geometrisesti valaistussa osassa . Varjostettujen alueiden virta on nolla. Hajakenttä saadaan sitten integroimalla näiden likimääräisten virtojen yli. Tämä on hyödyllistä rungoille, joissa on suuret sileät kuperat muodot, ja häviöllisille (vähän heijastuville) pinnoille.

Geometrinen optiikkakenttä tai virta ei yleensä ole tarkka lähellä reunoja tai varjorajoja, ellei sitä täydennetä diffraktiolaskelmilla ja hiipivän aallon mallilla.

Aaltooptiikan standardiapproksimaatiossa on joitain puutteita hajakenttien arvioinnissa, mikä johtaa tarkkuuden heikkenemiseen, jos ongelma eroaa yksinkertaisesta heijastuksesta. [5] [6] Vuonna 2004 esitelty parannettu teoria tarjoaa tarkat ratkaisut aaltodiffraktioon liittyviin ongelmiin johtavien sirottajien avulla [5] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Aaltooptiikka  / Odintsov A.I. // Suurherttua - kiertoradan nouseva solmu. - M  .: Great Russian Encyclopedia, 2006. - S. 641. - ( Great Russian Encyclopedia  : [35 osassa]  / päätoimittaja Yu. S. Osipov  ; 2004-2017, v. 5). — ISBN 5-85270-334-6 .
  2. ↑ Khvolson O.D. Fysiikan kurssi. Osa 1. Arkistoitu 10. toukokuuta 2021, the Wayback Machine 1933. s. 602.
  3. ↑ Fyysinen tietosanakirja. Moskova, tieteellinen kustantaja "Great Russian Encyclopedia", 1995.
  4. ↑ Piotr Ya. Ufimtsev. Diffraktion fysikaalisen teorian perusteet  (englanti) . - John Wiley & Sons , 2007. - ISBN 978-0-470-10900-7 .
  5. ↑ 12 Y.Z .; Umul. Modifioitu fyysisen optiikan teoria  //  Optics Express : päiväkirja. - 2004. - lokakuu ( osa 12 , nro 20 ). - s. 4959-4972 . - doi : 10.1364/OPEX.12.004959 . - . — PMID 19484050 .
  6. ↑ T.; Shijo. Modifioidut pintanormaalivektorit fyysisessä optiikassa  // IEEE  Transactions on Antennas and Propagation : päiväkirja. - 2008. - Joulukuu ( osa 56 , nro 12 ). - P. 3714-3722 . - doi : 10.1109/TAP.2008.2007276 . - .

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Optiikan osat
Aiheeseen liittyvät ohjeet